让信号量来实现临界区控制

前面我们谈到过管道，消息队列。我们可以使用他们可以解决了2个进程直接通信的问题，其实还有一个办法是共享内存，具体函数我没给出，大家可以自己查询资料。管道，消息队列除了提供进程通信的解决办法外，他还给我们提供了一个额外的功能，那就是多个进程对临界资源的共享问题。（共享内存没有，需要自己实现对资源的互斥操作）

 

无论是管道还是报文，发送方在写满的时候都会被阻塞，接受方在空的时候也会被阻塞。所以我们没有看到对同一个管道或者报文读写时候要加上额外的代码解决多个进程对资源共享产生的问题。但有些时候我们对某些资源操作需要实现互斥操作，不允许2个以上的进程同时操作资源，其实这个在JAVA里面由于封装，我们使用一个关键字就可以解决了（关键字是那个不记得了，或许我该GOOGLE下），JAVA是高层的实现，操作系统底层是通过信号量来对这一功能完成的。LINUX中提供的系统调用是3个函数semget, semop和semctl

 

semget：用于创建或者搜索信号量，这个网址中有详细说明http://club.cn.yahoo.com/bbs/threadview/1200062866_111__pn1.html

 

semop：对信号量的操作http://club.cn.yahoo.com/bbs/threadview/1200062866_112__pn1.html

 

semctl：对信号量的控制http://club.cn.yahoo.com/bbs/threadview/1200062866_109__pn1.html

 

下面我们写个代码，2个进程公用一个输出终端，通过printf向我们打印一些语句，其中父进程的打印语句看起来像这样

printf("this is father start\n");
sleep(1);
printf("father\n");
printf("father\n");
printf("father\n");
printf("father\n");
sleep(1);
printf("father\n");
printf("father end\n");
其中子进程看起来像这样：

printf("this is child start\n");
sleep(1);
printf("child\n");
printf("child\n");
printf("child\n");
printf("child\n");
sleep(1);
printf("child\n");
printf("child end\n");
这2段代码我都放在for(i = 0; i < 10; i++)里面，这样才能看出效果可能一次只是偶然（当然10次也可能是偶然，不过概率要小很多了），如果我们不加限制，他们最后结果会是这样

this is father start
child
child end
this is child start
father
father
father
father
child
child
child
child
father
father end
this is father start
child
child end
我们要实现的情况是在执行

printf("this is father start\n");
sleep(1);
printf("father\n");
printf("father\n");
printf("father\n");
printf("father\n");
sleep(1);
printf("father\n");
printf("father end\n");代码时候不允许执行子进程打印，同样在执行子进程的代码时候也不允许父进程的打印结果来干扰，最后显示在看完程序后给出。

[root@liumengli signal]# cat father.c （父进程代码）
#include "sys/types.h"
#include "linux/sem.h"
#include "errno.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "fcntl.h"
#include "asm/user.h"
#include "sys/syscall.h"
#include "sys/wait.h"
#include "unistd.h"

#define MAXSEM 5

int my_sem;

int main() {
        struct sembuf P, V;
        union semun arg;
        key_t key;
        key = ftok("/", 4);
        if(key == -1) {
                printf("create key failed\n");
                exit(1);
        }

        //create sem
        my_sem = semget(key, 1, IPC_CREAT); //开始创建信号量，函数具体说明可以参照我给的网址

        //init sem
        arg.val = 0;
        if(semctl(my_sem, 0, SETVAL, arg) == -1) {
                printf("init sem error\n");
                semctl(my_sem, 0, IPC_RMID);
                exit(1);
        }
        arg.val = 1;
        semctl(my_sem, 0, SETVAL, arg);//将信号量中0号信号的资源数设置成1

        //init P and V 初始化PV操作，具体参照可以看我给的网址
        V.sem_num = 0;
        V.sem_op = 1;
        V.sem_flg = SEM_UNDO;
        P.sem_num = 0;
        P.sem_op = -1;
        P.sem_flg = SEM_UNDO;
        pid_t child = fork();
        if(child == 0) {
                execl("/process_communicate/ipc/signal/child", "child", NULL);//执行子程序
        }
        int i;
        for(i = 0; i < 10; i++) {
                semop(my_sem, &P, 1); //开始之前执行P操作
                printf("this is father start\n");
                sleep(1);
                printf("father\n");
                printf("father\n");
                printf("father\n");
                printf("father\n");
                sleep(1);
                printf("father\n");
                printf("father end\n");
                semop(my_sem, &V, 1);//结束后记得V操作
        }
        semctl(my_sem, 0, IPC_RMID);
        exit(0);
}
[root@liumengli signal]# cat child.c
#include "sys/types.h"
#include "linux/sem.h"
#include "errno.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "fcntl.h"

#define MAXSEM 5

int my_sem;

int main() {
        struct sembuf P, V;
        key_t key;
        key = ftok("/", 4);
        if(key == -1) {
                printf("create key failed\n");
                exit(1);
        }

        //create sem
        my_sem = semget(key, 1, IPC_EXCL);//搜索信号量

        //init P and V 初始化PV操作，为什么不初始化信号量，大家可以看到我是在父进程初始完毕信号量才启动子进程的
        V.sem_num = 0;
        V.sem_op = 1;
        V.sem_flg = SEM_UNDO;
        P.sem_num = 0;
        P.sem_op = -1;
        P.sem_flg = SEM_UNDO;

        int i;
        for(i = 0; i < 10; i++) {
                semop(my_sem, &P, 1);//开始之前的P操作
                printf("this is child start\n");
                sleep(1);
                printf("child\n");
                printf("child\n");
                printf("child\n");
                printf("child\n");
                sleep(1);
                printf("child\n");
                printf("child end\n");
                semop(my_sem, &V, 1);//结束后的V操作
        }
        exit(0);
}

[root@liumengli signal]# ./father
this is child start
child
child
child
child
child
child end
this is father start
father
father
father
father
father
father end
.....

我只截获了一小段，这次文章够长了，太长就不贴了。从运行结果我们实现对输出终端的互斥操作。